Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định và tính kinh tế về nhiên liệu của xe buýt hai tầng

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐINH VŨ THẮNG NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH VÀ TÍNH KINH TẾ VỀ NHIÊN LIỆU CỦA XE BUÝT HAI TẦNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT ÔTÔ – MÁY KÉO LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2009 Đề tài: Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định & tính kinh tế nhiên liệu xe bt hai tầng CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ***** Cán hướng dẫn khoa học: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …… năm HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Đề tài: Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định & tính kinh tế nhiên liệu xe buýt hai tầng TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 200… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đinh Vũ Thắng Ngày, tháng, năm sinh: 03/06/1982 Chuyên ngành: Kỹ thuật Ơtơ - Máy kéo (60 52 35) Khố (năm trúng tuyển): 2005 Giới tính: Nam Nơi sinh: Vĩnh Phúc MSHV: 01305289 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định tính kinh tế nhiên liệu xe buýt hai tầng 2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN: - Nghiên cứu, tính toán mặt ổn định chuyển động xe buýt hai tầng BHT89 - Nghiên cứu, tính toán hệ số tắt dần biên độ dao động khối lượng treo cầu trước cầu sau xe buýt BHT89 - Tính toán suất vận chuyển, mức tiêu hao nhiên liệu giá thành vận chuyển xe buýt hai tầng BHT89 - Nghiên cứu đánh giá tính khả thi việc đưa loại xe buýt hai tầng vào sử dụng giao thông công cộng Tp Hồ Chí Minh 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 5- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Nguyễn Văn Phụng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày, tháng …… năm 200… TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Đề tài: Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định & tính kinh tế nhiên liệu xe buýt hai tầng LỜI CẢM ƠN ***** Được thực luận văn Thạc sĩ niềm hãnh diện cho kỹ sư Với dẫn dắt tận tình Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Phụng, tơi hịan thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Thầy người tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn Tôi xin gởi lời cảm ơn đến Quý Thầy, Cô khoa Kỹ Thuật Giao Thông- Đại học Bách Khoa TP HCM tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn Tôi xin gởi lời cảm ơn đến anh Trần Vũ Khánh nhân viên cơng ty Cổ phần Cơ khí Xây dựng Giao thông, anh Đỗ Đăng Hải nhân viên Hợp tác xã Quyết Thắng cung cấp tài liệu liên quan giúp tơi hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè ln động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2009 Đinh Vũ Thắng HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Đề tài: Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định & tính kinh tế nhiên liệu xe bt hai tầng TÓM TẮT LUẬN VĂN ***** Vận tải hành khách công cộng xe buýt hai tầng mô hình thử nghiệm Tp Hồ Chí Minh Do xe buýt hai tầng có trọng tâm cao so với xe buýt thông thường khác, đồng thời loại xe vận chuyển hành khách yêu cầu tiện nghi an toàn cao Do đó, cần phải có nghiên cứu ổn định chuyển động, mức độ êm dịu tính kinh tế nhiên liệu xe buýt hai tầng nhằm đánh giá cách khoa học hiệu mặt kinh tế, xã hội mức độ an toàn, độ êm dịu sử dụng xe buýt hai tầng hệ thống giao thông công cộng Thành phố Hồ Chí Minh Nội dung đề tài: "Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định tính kinh tế nhiên liệu xe bt hai tầng" thực dựa mẫu xe buýt hai tầng BHT89 sử dụng thử nghiệm Tp Hồ Chí Minh, nội dung đề tài bao gồm: - Nghiên cứu, tính toán mặt ổn định chuyển động xe buýt hai tầng BHT89 - Nghiên cứu, tính toán hệ số tắt dần biên độ dao động khối lượng treo cầu trước cầu sau xe buýt BHT89 - Tính toán, so sánh suất vận chuyển, mức tiêu hao nhiên liệu giá thành vận chuyển xe buýt hai tầng BHT89 xe buýt B80, sở đưa đánh giá mặt kinh tế sử dụng cho loại xe buýt hai tầng - Nghiên cứu đánh giá tính khả thi việc đưa loại xe buýt hai tầng vào sử dụng giao thông công cộng Tp Hồ Chí Minh HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Đề tài: Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định & tính kinh tế nhiên liệu xe buýt hai tầng TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Đinh Vũ Thắng Ngày, tháng, năm sinh: 03/6/1982 Nơi sinh: Vónh Phúc Địa liên lạc: 9/88S_ Phan Huy Ích _ Phường 12 _ Gò Vấp _ Tp Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: - Từ năm 2000 - 2005: học Đại học chuyên ngành Kỹ thuật Ôtô - Máy động lực trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh - Từ năm 2005 - 2009: học Cao học chuyên ngành Kỹ thuật Ôtô - Máy kéo trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC: Từ năm 2005 - 2009: công tác Công ty Công trình Công cộng Quận HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Đề tài: Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định & tính kinh tế nhiên liệu xe buýt hai tầng MỤC LỤC Trang CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu: 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ GIAO THÔNG CỦA TP HỒ CHÍ MINH 2.1 Giới thiệu chung trạng giao thông Tp Hồ Chí Minh 2.1.1 Các loại hình giao thông công cộng hoạt động Tp Hồ Chí Minh 2.1.2 Tình trạng ô nhiễm loại phương tiện giao thông gây Tp Hồ Chí Minh .6 2.1.2.1 Các chất khí thải động cơ: 2.1.2.2 Taùc hại chất ô nhiễm môi trường khí xả động cơ: 2.1.2.3 Thực trạng ô nhiễm: 11 2.2 Hướng phát triển giao thông công cộng Tp Hồ Chí Minh tương lai 12 2.2.1 Chiến lược phát triển giao thông Thành phố tương lai 12 2.2.2 Giới thiệu quy hoạch giao thông Thành phố đến năm 2020 15 2.2.2.1 Mục tiêu: 15 2.2.2.2 Quy hoạch phát triển vận tải Tp Hồ Chí Minh đến năm 2020: 15 2.2.2.3 Dự báo nhu cầu vận tải: 15 CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE BUÝT HAI TẦNG BHT89 33 3.1 Giới thiệu xe buýt hai tầng BHT89 sử dụng Tp Hồ Chí Minh 33 3.2 Thông số kỹ thuật xe buýt hai tầng BHT89 34 3.2.1 Thông số kỹ thuật bản: 34 3.2.2 Các thông số trọng tâm oâ toâ: 38 3.2.2.1 Toạ độ trọng tâm theo chiều cao: 38 3.2.2.2 Toạ độ trọng tâm theo chiều dọc: 38 3.3 Thông số động học, động lực học xe buýt hai tầng BHT89: 39 3.3.1 Đồ thị đặc tính động cơ: 39 3.3.2 Đồ thị nhân tố động lực học ôtô: 40 3.3.3 Đồ thị gia tốc ôtô: .42 CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH VÀ MỨC ĐỘ ÊM DỊU CỦA XE BUÝT HAI TẦNG BHT89 43 HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Đề tài: Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định & tính kinh tế nhiên liệu xe buýt hai tầng 4.1 Nghiên cứu tính ổn định xe buýt hai tầng BHT89 .43 4.1.1 Kiểm tra tính ổn định dọc 43 4.1.1.1 Ổn định dọc tónh: 43 4.1.1.2 Ổn định dọc động: 44 4.1.2 Kieåm tra tính ổn định ngang: 45 4.1.2.1 Ổn định ngang tónh: .45 4.1.2.2 OÅn định ngang động: 46 4.1.3 Đánh giá tính ổn định: 47 4.2 Nghiên cứu phanh xe buýt hai tầng BHT89 48 4.2.1 Yêu cầu hệ thống phanh xe khách thành phố 48 4.2.2 Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu .49 4.2.3 Các tiêu chuẩn đánh giá, kiểm tra chất lượng trình phanh: 50 4.2.4 Tính ổn định, mức độ an toàn xe buýt hai tầng phanh 52 4.3 Nghiên cứu đánh giá mức độ êm dịu xe buýt hai tầng BHT89 .53 4.3.1 Các tiêu đánh giá mức độ êm dịu ô tô .53 4.3.2 Xây dựng sơ đồ dao động tương đương .54 4.3.3 Tính toán, đánh giá mức độ êm dịu xe buýt BHT89 56 4.3.3.1 Xét cầu trước: 60 4.3.3.2 Xét cầu sau: 61 CHƯƠNG V: ĐÁNH GIÁ TÍNH KHẢ THI CỦA VIỆC SỬ DỤNG XE BUÝT HAI TẦNG .78 5.1 Đánh giá đặc tính chuyển động ổn định 78 5.2 Năng suất vận chuyển xe buýt hai tầng BHT89 83 5.3 Mức tiêu hao nhiên liệu giá thành vận chuyển 84 5.3.1 Mức tiêu hao nhiên liệu: 84 5.3.1.1 Đối với xe buýt hai taàng BHT 89: 85 5.3.1.2 Đối với xe buýt B80: 89 5.3.2 Giá thành vận chuyển 92 5.4 Tính khả thi việc sử dụng xe buýt hai tầng Tp Hồ Chí Minh .100 5.4.1 Điều kiện làm việc ô tô buýt Tp Hồ Chí Minh .100 5.4.1.1 Chiều cao an toàn : .100 5.4.1.2 Điều kiện đường xá: .101 5.4.2 Vận tốc chuyển động 103 CHƯƠNG VI: KẾT LUAÄN .105 6.1 Kết luận 105 6.2 Hướng tiếp tục nghiên cứu .106 HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Đề tài: Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định & tính kinh tế nhiên liệu xe bt hai tầng 6.3 Kiến nghị đến quan có thẩm quyền 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 PHUÏ LUÏC 109 HVTH: KS ÑINH VŨ THẮNG CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG CHƯƠNG I: DẪN NHẬP CHƯƠNG I DẪN NHẬP 1.1 Lý chọn đề tài Tính đến cuối năm 2008, có khoảng 3.228 xe buýt hoạt động 150 tuyến Thành phố Hồ Chí Minh, đáp ứng khoảng 6% đến 7% nhu cầu lại người dân Người dân chủ yếu sử dụng phương tiện giao thông cá nhân Dù tính toán cho thấy việc phát triển phương tiện giao thông cá nhân lợi việc thúc đẩy hoạt động loại phương tiện giao thông công cộng Cụ thể hệ số sử dụng công suất sử dụng (tính đầu người) phương tiện giao thông sau (Theo nguồn báo cáo Bộ Giao Thông Vận Tải số 1869 ngày 14/6/2000) Bảng 1.1 Hệ số sử dụng công suất sử dụng phương tiện giao thông Phương tiện giao thông Hệ số sử dụng ( m2/người ) Công suất sử dụng ( CV/người) Xe buýt 1,5 đến (m2/người) đến 1,5 ( CV/người) Xe môtô, gắn máy 08 đến 18 (m2/người) 10 ( CV/người) Xe du lịch 28 đến 32 (m2/người) 80 đến 100 ( CV/người) Và quy ước mức tiêu hao nhiên liệu xe buýt chở đầy hành khách xe 13,3, xe máy xe khách cỡ nhỏ Như xe buýt sử dụng nhiên liệu hiệu loại phương tiện khác Qua số liệu trên, ta nhận thấy hệ thống giao thông công cộng phát triển mạnh cụ thể hệ thống xe buýt, tuyến phân bố hợp lý đạt hiệu nhiều mặt, tiết kiệm mặt kinh tế giảm tình trạng ách tắc giao HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN Đã nghiên cứu, tính toán hệ số tắt dần biên độ dao động khối lượng treo cầu trước cầu sau xe buýt BHT 89, từ đánh giá mức độ êm dịu xe buýt hai tầng BHT89 Tính toán, so sánh suất vận chuyển, mức tiêu hao nhiên liệu giá thành vận chuyển xe buýt hai tầng BHT89 xe buýt B80, sở đưa đánh giá mặt kinh tế sử dụng cho loại xe buýt hai tầng Nghiên cứu đánh giá tính khả thi việc đưa loại xe buýt hai tầng vào sử dụng giao thông công cộng Tp Hồ Chí Minh Tóm lại, từ kết nghiên cứu khẳng định việc đưa loại xe buýt hai tầng BHT89 vào hoạt động đem lại hiệu mặt kinh tế, góp phần giảm tình trạng ùn tắc giao thông tình hình Tp Hồ Chí Minh 6.2 Hướng tiếp tục nghiên cứu - Nghiên cứu ổn định quay vòng xe BHT89 sở ảnh hưởng góc nghiêng thùng xe - Nghiên cứu tính toán cải tiến hệ thống treo để tăng độ êm dịu, tạo cảm giác an toàn thoải mái cho hành khách - Nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu GIS – GPS ứng dụng vào giao thông công cộng 6.3 Kiến nghị đến quan có thẩm quyền - Đối với tuyến có lượng hành khách sử dụng cao, cần tiến hành khảo sát cụ thể để đưa loại xe buýt hai tầng vào hoạt động, đồng thời cần tiến hành khảo sát, HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 106 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN kiểm tra thực tế trạng tuyến đường nằm lộ trình để có biện pháp sửa chữa, cải tạo kịp thời, đảm bảo cho xe hoạt động an toàn - Cần có sách trợ giá hợp lý để khuyến khích HTX vận tải hành khách công cộng đầu tư loại xe buýt hai tầng, giúp cho việc giảm tải số tuyến có lưu lượng hành khách cao, đồng thời giảm tình trạng ùn tắc giao thông thời điểm Thành phố chưa đầu tư kịp loại hình giao thông công cộng đại có suất vận chuyển cao như: tàu điện ngầm, tàu điện nổi, hệ thống BRT… HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 107 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO 1_ NGUYỄN VĂN PHỤNG – Lý thuyết tính toán dao động ôtô – Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh - 1997 2_ NGUYỄN VĂN PHỤNG – Tính toán nhiên liệu ôtô – Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh - 1998 3_ NGUYỄN VĂN PHỤNG – Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ôtô – Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh – 2003 4_ NGUYỄN HỮU CẨN – Lý thuyết Ôtô-Máy kéo – Nhà xuất Giáo Dục-1996 5_ PHẠM XUÂN MAI, NGUYỄN HỮU HƯỜNG, NGÔ XUÂN NGÁT – Tính toán sức kéo Ôtô-Máy kéo – Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh-2001 6_ NGUYỄN HỮU CẨN, PHAN ĐÌNH KIÊN – Thiết kế & Tính toán ÔtôMáy kéo, tập 1,2,3 – Nhà xuất Giáo Dục-1996 7_ BÙI VĂN GA, VĂN THỊ BÔNG, PHẠM XUÂN MAI, TRẦN VĂN NAM, TRẦN THANH HẢI TÙNG – Ôtô ô nhiễm môi trường – Nhà xuất Giáo Dục-1999 8_ Người dịch: TRẦN DUY ĐỨC – Cấu tạo Ôtô – Nhà xuất Công nhân Kỹ thuật Hà Nội-Việt Nam nhà xuất “Mir” Maxcơva 9_ Sở giao thông công chánh Tp HCM – Trung tâm quản lý điều hành vận tải hành khách công cộng HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 108 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG PHỤ LỤC PHỤ LỤC B1 T'2 A' B' α A1 Z B T2 Z2t Z2S A K2t K2s C2t m1t Z1S Z1t C1t b a C2s m1s C1s L Chuyển động đoạn AB tới vị trí A1B1 gồm hai chuyển động thành phần: - Chuyển động tịnh tiến từ vị trí AB tới vị trí A’B’ - Chuyển động quay quanh trục Y (quanh trọng tâm T) Dịch chuyển thẳng đứng Z phân thành hai thành phần Z2t, Z2S hai đầu dầm (điểm A B), Z2t, Z2S xác định sau: Do góc ϕ bé ta xem tg ϕ = ϕ Z2t = Z – atg ϕ ≈ Z - a ϕ Z2S = Z + btg ϕ ≈ Z + b ϕ HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG (4.3.1) Trang 109 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG PHỤ LỤC Theo giáo trình " Lý thuyết tính toán dao động ô tô " PGS.TS Nguyễn Văn Phụng, thông số dao động xe ô tô xác định sau : Ứng dụng phương trình Lagrange loại II để thiết lập hệ phương trình vi phân dao động ôtô: d ∂T ∂T ∂U ∂φ − =− − dt ∂q&j ∂q j ∂q j ∂q&j (4.3.2) Choïn toạ độ suy rộng sau: q1 = Z ; q2 = ϕ ; q3 = Z1t ; q4 = Z1S Hàm động T có dạng sau: T= [m2 Z&2 + J y ϕ&+ m1t Z&12t + m1S Z&12S ] (4.3.3) Thế hệ xác định tổng biến dạng lò xo U1 khối lượng trường trọng lực U2, tức : U = U1 +U2 Với: C1t (f1t + Z1t)2 2 C1Sf1S2 + 1S + Z1S) U1 = 1 1 C1t f1t2 + C2t ( f2t + Z - a ϕ - Z1t)2 - C2tf2t2 + C1S (f2 2 1 C2S (f2S + Z+b ϕ - Z1S)2 - C2Sf2S2 (4.3.4) 2 Ta thay: Z2t = Z - a ϕ ; Z2S = Z + b ϕ f1t , f1S , f2t , f2S : độ võng tónh lò xo C1t , C1S , C2t , C2S U2 = - m2.g.Z – m1t.g.Z1t – m1S.g.Z1S Với g gia tốc trọng trường Trong xác định biểu thức U cần ý điều kiện cân ổn định hệ khảo sát: HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 110 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG PHỤ LỤC ⎛ ∂U ⎞ ⎜ ⎟ = C2tf2t – C2Sf2S – m2g = ⎝ ∂Z ⎠ ⎛ ∂U ⎞ ⎟⎟ = - C2tf2t.a + C2Sf2S.b = ⎜⎜ ⎝ ∂ϕ ⎠ ⎛ ∂U ⎜⎜ ⎝ ∂Z 1t ⎞ ⎟⎟ = C1tf1t – C2tf2t – m1tg = ⎠0 ⎛ ∂U ⎜⎜ ⎝ ∂Z 1S ⎞ ⎟⎟ = C1Sf1S – C2Sf2S – m1Sg = ⎠0 Do biểu thức rút gọn laø: U= 1 1 (C2t + C2S)Z2 + (C2t a2 + C2Sb2) ϕ + (C1t + C2t)Z1t2 + (C1S + 2 2 C2S)Z1S2 + ( C2Sb + C2ta )Z ϕ + ( C2ta - C2Sb )Z1t ϕ - C2tZZ1t – C2SZZ1S – C2taZ1t ϕ - C2SbZ1S ϕ (4.3.5) Hàm hao tán Releigh φ có dạng nhö sau: φ = [ K 2t ( Z&− aϕ&− Z&1t + K S ( Z&+ bϕ&− Z 1S ) ] 1 1 ( K t + K S ) Z&2 + ( K t a + K S b )ϕ&2 − ( K t a + K S b ) Z&ϕ&+ K t Z&12t + K S Z&12S 2 2 + K S Z&Z&1S − K t Z&Z&1t + K t a Z&1tϕ&− K S bZ 1S ϕ& = (4.3.6) Từ hàm T; U; φ ta có hệ phương trình: HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 111 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG PHỤ LỤC ⎧ d ⎪* dt ⎪ d ⎪* ⎪ dt ⎨ d ⎪* ⎪ dt ⎪ d ⎪* dt ⎩ ∂T ∂T ∂U ∂φ − =− − & ∂Z ∂Z ∂Z ∂Z ∂T ∂T ∂U ∂φ − =− − ∂ϕ& ∂ϕ ∂ϕ ∂ϕ ∂T ∂T ∂U ∂φ − =− − & ∂Z 1t ∂Z 1t ∂Z 1t ∂Z 1t ∂T ∂T ∂U ∂φ − =− − & ∂Z 1S ∂Z 1S ∂Z 1S ∂Z 1S Trong đó: (4.3.7) ∂T ∂T ∂T ∂T = = = =0 ∂Z ∂ϕ ∂Z 1t ∂Z 1S Sau lấy đạo hàm hàm T, U, φ rút gọn ta hệ phương trình vi phân chuyển động hệ bậc tư sau: &+ ( K + K ) Z&− ( K a − K b)ϕ&− K Z& + K Z& + (C + C ) Z ⎧m2 Z& 2t 2S 2t 2S t 1t S 1S 2t 2S ⎪ ⎪− (C 2t a − C S b)ϕ − C 2t Z 1t − C S Z 1S = ⎪ ⎪ J yϕ& &− ( K 2t a + K S b) Z&+ ( K 2t a − K S b )ϕ&+ K 2t aZ&1t − K S bZ&1S ⎪ ⎪− (C 2t a − C S b) Z + (C 2t a + C S b )ϕ + (C 2t a − C S b) Z 1t = ⎨ ⎪ ⎪m Z& & + K Z& + K aϕ&− K Z&+ (C + C ) Z + (C a − C b)ϕ − C Z = t 1t 2t 2t 2t 1t 1t 2t 2S 2t ⎪ 1t 1t ⎪ ⎪ ⎪m Z& & & & ⎩ 1S 1S + K S Z 1S + K S bϕ&− K S Z + (C S + C1S ) Z 1S − C S Z = (4.3.8) p dụng với thông số cụ thể cua xe ta có: Z2t = Z – a ϕ ; Z2S = Z + b ϕ Suy ra: ϕ= Z 2t − Z S a−b a−b ; Z = Z 2t (1 + ) + Z S (1 − ) a+b a+b a+b (4.3.9) Lấy đạo hàm theo thời gian ta được: ϕ&= & − Z& & Z&2t − Z&2 S Z& 2S &= 2t ; ϕ& ; a+b a+b HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 112 (4.3.10) CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHUÏNG PHUÏ LUÏC a−b a−b Z&= Z&2t (1 + ) + Z&2 S (1 − ) a+b a+b &= Z& & (1 + a − b ) + Z& & (1 − a − b ) ; Z& 2t 2S a+b a+b (4.3.11) Ngoài ta có: JY =m2 ρ y2 (với ρ bán kính quán tính) (4.3.12) Thay giá trị biểu thức (4.3.9); (4.3.10), (4.3.11); (4.3.12) hệ phương trình (4.3.8) ta có: &+ Z& 2t 1− ρ2 K 2t ab Z& & + 2S a ρ − b ab ρ +b 2m 2 C 2t Z&2t + ( a + b) ρ +b m2 2 K 2t Z 2t − 2m ( a + b) m2 & + Z& 2S ρ2 2K 2S ab Z& & + 2t a ρ − b ab ρ +b ( a + b) 2 2m C 2S Z&2 S + ρ +b ( a + b) 2 m2 Z 2S − − Z 1t = 2K 2S ρ +b 2 Z&1S ( a + b) ρ + b2 ( a + b) 2 K 2t C 2t m2 ρ + b & m2 ρ + b Z 2t − Z 1t = 2 2 ρ + b m1t (a + b) ρ + b m1t (a + b) 2m m2 ( a + b) ( a + b) HVTH: KS ĐINH VŨ THAÉNG 2 Trang 113 (4.3.13b) Z 1S = K 2t C 2t m2 ρ + b & m ρ + b C1S Z + [ + ]Z 1t 1t ρ + b m1t (a + b) ρ + b m1t (a + b) m1S 2m m2 ( a + b) ( a + b) 2 (4.3.13a) ( a + b) C2S m2 &+ Z& 1t ρ + b2 2m + Z&1t ( a + b) C 2t + 1− ρ + b2 (4.3.13c) CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHUÏNG PHUÏ LUÏC & + Z& 1S − 2K 2S C2S m2 ρ + b & m ρ + b C1S Z + [ + ]Z 1S 1S ρ + b m1S (a + b) ρ + b m1 (a + b) m1S 2m m2 ( a + b) ( a + b) 2K 2S C2S m2 ρ + b & m2 ρ + b Z − Z 1S = 2S ρ + b m1 (a + b) ρ + b m1 (a + b) 2m m2 ( a + b) ( a + b) (4.3.13d) Ta đặt: ρ2 K 2S K 2t 1− ε 1− ε ρ + b2 ρ + a2 ε= ; ξ1 = ;ξ = ; n2t = ; n2 S = ; m2t = m2 ; m2 S = m2 ; 2 a b 2m2t 2m S ab a b ( ) ( + ) a b + +ε +ε a b m m C C C C µ1t = 1t ; µ1S = 1S ; ω 22t = 2t ; ω 22S = S ; ω12t = 1t ; ω12S = 1S m2t m2 S m2t m2 S m1t m1S Trong đó: ξ 1; ξ : hệ số liên kết dao động khối lượng phân hai cầu phần treo ε= ρ2 ab : hệ số phân bố khối lượng phần treo ω1t ; ω1S : tần số dao động riêng khối lượng không treo ω 2t ; ω S : tần số dao động riêng khối lượng quy dẫn phần treo µ1t ; µ1S : tỷ số khối lượng không treo treo phân cầu trước cầu sau n2t ; n2S : hệ số cản quy đổi lực ma sát nhớt ống giảm chấn Thay hệ số vào hệ phương trình (4.3.13) ta có: HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 114 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG PHỤ LỤC 2 & + ξ Z& & & & ⎧Z& 2t S + 2n t Z t + ω t Z t − 2n t Z 1t − ω t Z 1t = ⎪ ⎪ ⎪ 2 & + 2n 2t Z& + ( ω 2t + ω ) Z − 2n 2t Z& − ω 2t Z = ⎪Z& 1t 1t 2t 2t ⎪ 1t µ1t 1t µ1t µ1t µ1t ⎪ ⎨ ⎪& 2 & & & & & ⎪ Z S + ξ Z t + n S Z S + ω S Z S − n S Z S − ω S Z 1S = ⎪ ⎪ 2 ⎪& & + 2n2 S Z& + ( ω S + ω ) Z − 2n2 S Z& − ω S Z = Z ⎪ 1S 1S 1S 1S 2S 2S µ1S µ1S µ 1S µ 1S ⎩ (4.3.14) Hệ thống phương trình (4.3.14) hệ phương trình vi phân mô tả dao động tự ôtô có bậc tự Hệ số ε = ρ2 ab hệ số phân bố khối lượng phần treo lên cầu trước cầu sau Trong trình tính toán, chọn ε =1 dao động khối lượng phân hai cầu độc lập với nhau, đó: ρ = ab; ξ1 = ξ = 0; Khi hệ phương trình (4.3.14) chuyển thành hai hệ độc lập, mô tả dao động khối lượng đặt cầu, có hai bậc tự do: & + 2nZ& + ω Z − 2nZ& − ω Z = ⎧Z& 2 2 ⎪ ⎪ ⎨ 2 ⎪& & + 2n Z& + ( ω + ω ) Z − 2n Z& − ω Z = Z 1 2 ⎪ µ µ µ µ ⎩ (4.3.15) Các thông số cần xác định trình tính toán dao động tự tần số dao động riêng để giới hạn miền cộng hưởng, hệ số tắt dần đặc trưng biên độ dao động HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 115 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG PHỤ LỤC Phương trình vi phân dao động tự (4.3.15) tổng quát viết lại dạng ma trận sau: − 2n⎤ ⎧Z& ⎫ ⎡ ω 22 ⎥⎪ ⎪ ⎢ ⎥⎪ ⎪ + ⎢ ⎨ ⎬ 2n ⎥ ⎪ ⎪ ⎢⎢ − ω 22 ⎥ & µ ⎥⎦ ⎪⎩ Z ⎪⎭ ⎢⎣ µ &⎫ ⎡ 2n ⎡1 0⎤ ⎧Z& ⎢ ⎥ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎢ ⎥⎨ ⎬ + ⎢ ⎢ ⎢ ⎥ ⎪ ⎪ ⎢ 2n &⎪ ⎢− ⎢⎣0 1⎥⎦ ⎪⎩ Z& 1⎭ ⎢⎣ µ − ω 22 ⎤ ⎧Z ⎫ ⎧0⎫ ⎥⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎥⎪ ⎪ = ⎪ ⎪ ⎥⎨ ⎬ ⎨ ⎬ ω2 ⎪ ⎪ ⎪ ⎥⎪ + ω1 ) ⎪ Z ⎪ ⎪0⎪ ( ⎩ ⎭ ⎩ ⎭ ⎥⎦ µ (4.3.16) Giả thiết vectơ riêng phương trình (4.3.16) có dạng: ⎧ Z ⎫ ⎧ Ae λt ⎫ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ = ⎨ ⎬ ⎨ ⎬ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎩Z ⎪⎭ ⎪⎩ Be λt ⎪⎭ (4.3.17) Thay vaøo (4.3.16) ta được: ⎧ ⎡ 2n ⎤ ⎪⎡ ⎢ ⎥ ⎪⎢ ⎥λ + ⎢ ⎨⎢ ⎢ 2n ⎥ ⎪⎢ ⎢− ⎪⎢⎣0 1⎥⎦ ⎢⎣ µ ⎩ − 2n ⎤ ⎡ ω 22 ⎢ ⎥ ⎥λ + ⎢ ⎢ 2n ⎥ ⎢ − ω2 ⎥ µ ⎥⎦ ⎢⎣ µ ⎧⎡− λ2 + 2nλ + ω 22 ⎪⎢ ⎪⎢ ⇔ ⎨⎢ ⎪ ⎢ − ( 2n + ω ) ⎪⎢ µ µ ⎩⎣ ⎤ ⎫⎧ A⎫ ⎧0⎫ ⎥ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎥ ⎪⎪ ⎪ = ⎪ ⎪ ⎥ ⎬⎨ ⎬ ⎨ ⎬ ω 22 ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ + ω12 )⎥ ⎪⎪ B ⎪ ⎪0⎪ ( ⎥⎦ ⎭⎩ ⎭ ⎩ ⎭ µ − ω 22 ⎤⎫ A ⎥ ⎪⎧ ⎫ ⎧ ⎫ ⎥ ⎪⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎥ ⎬⎨ ⎬ = ⎨ ⎬ ⎛ ⎞ ω n λ2 + λ + ⎜⎜ + ω12 ⎟⎟⎥ ⎪⎪⎪⎪ B ⎪⎪ ⎪⎪0⎪⎪ µ ⎝ µ ⎠⎥⎦ ⎭⎩ ⎭ ⎩ ⎭ (4.3.18) − (2nλ + ω 22 ) (4.3.19) ⎧ A⎫ ⎪⎪ ⎪⎪ Để vectơ ⎨ ⎬ không nghiệm tầm thường phương trình (4.3.19), ta phải ⎪ ⎪ ⎪⎩ B ⎪⎭ có: HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 116 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG PHUÏ LUÏC ⎡− λ2 + 2nλ + ω22 ⎢ det ⎢⎢ ⎢ − ( 2n + ω ) ⎢⎣ µ µ − (2nλ + ω22 ) ⎤ ⎥ ⎥= ⎛ω ⎞⎥ 2n λ2 + λ + ⎜⎜ + ω12 ⎟⎟⎥ µ ⎝ µ ⎠⎥⎦ Triển khai định thức trên, ta phương trình đặc trưng tần số: 1 ω2 λ4 + 2n(1 + )λ3 + ω 22 (1 + + 12 )λ2 + 2nω12 λ + ω12ω 22 = µ µ ω2 (4.3.20) Đây phương trình bậc 4, dó phương trình (4.3.18) có nghiệm riêng ứng với trị số λi (i = 1,2,3,4) giải từ phương trình (4.3.20) λ1 = −δ + jσ ; λ = −δ − jσ λ3 = −δ + jσ ; λ = −δ − jσ Với j = − ; δ 1, phần thực ; σ 1, phần ảo số phức viết dạng nhị thức Thay giá trị λi vào phương trình (4.3.17), sau cộng nghiệm liên hợp, ta hàm lượng giá sau: * Ứng với giá trị σ : (−δ +iσ )t (−δ −iσ )t −δ t 1 + M e 1 = 2M e cos σ t 1 (−δ +iσ )t (−δ −iσ )t −δ t M e 1 + M e 1 = 2M e sin σ t 2 M e * Ứng với giaù trị σ : (−δ +iσ )t (−δ −iσ )t −δ t 2 + M' e 2 = 2M ' e cos σ t 1 (−δ +iσ )t (−δ −iσ )t −δ t + M' e 2 = 2M ' e sin σ t M' e 2 2 M' e HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 117 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG PHỤ LỤC Ta đặt: A = 2M1 ; A’ = 2M2j ; B = 2M’1 ; B’ = 2M’2j Tổ hợp nghiệm riêng ta nghiệm tổng quát: −δ t −δ t ⎧Z ⎫ ⎡⎢e ( A cosσ t + A' sin σ t ) + e ( A cos σ t + A' sin σ t )⎤⎥ ⎪ ⎪ ⎢ 1 1 2 2 ⎥ ⎪ ⎪ = ⎥ (4.3.21) ⎨ ⎬ ⎢ ⎥ ⎪ ⎪ ⎢ −δ t −δ t ⎪ Z ⎪ ⎢e ( B cos σ t + B ' sin σ t ) + e ( B cosσ t + B ' sin σ t )⎥ ⎩ ⎭ ⎢⎣ 1 1 2 2 ⎥⎦ Trong thành phần véctơ (4.3.21) có số cần xác định, (4.3.20) thoả mãn phương trình (4.3.18) cho tỷ số: 2 A λ + 2nλ + ω ε= = B 2nλ + ω 22 Vậy ứng với trị số λ có tỷ số ε : −δ t −δ t ⎤ ( A cos σ t + A' sin σ t ) + e ( A cos σ t + A' sin σ t ) ⎧Z ⎫ ⎡ e ⎢ ⎥ 1 1 2 2 ⎪⎪ ⎪⎪ ⎢ ⎥ (4.3.22) ⎨ ⎬=⎢ ⎥ −δ t ⎪ ⎪ ⎢ −δ t ⎥ Z ⎪⎩ ⎪⎭ ⎢e (ε A cos σ t + ε ' A sin σ t ) + e (ε A cos σ t + ε ' A sin σ t ) 1 2 ⎥⎦ ⎣ 1 1 2 2 −δ t −δ t ⎤ ⎧Z ⎫ ⎡⎢ Z e sin(σ t + θ ) + Z e sin(σ t + θ ) ⎥ ⎪ ⎪ ⎢ 1 2 ⎥ ⎪ ⎪ ⇔⎨ ⎬=⎢ ⎥ (4.3.23) ⎥ ⎪ ⎪ ⎢ −δ t −δ t ⎪ Z ⎪ ⎢ε Z e sin(σ t + θ + ψ ) + ε Z e sin(σ t + θ + ψ )⎥ ⎩ ⎭ ⎢⎣ 1 1 2 2 ⎥⎦ Các thành phần véctơ (4.3.23) hàm số dao động tắt dần Z1 ; Z2 ; θ1 ;θ biên độ pha ban đầu xác định từ điều kiện ban đầu δ 1, ; σ 1, ; ε 1, ;ψ 1, : đại lượng phụ thuộc cấu trúc hệ thống, đó: δ1, : hệ số tắt dần biên độ HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 118 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG PHỤ LỤC σ 1, : tần số góc thành phần dao động ε 1, : hệ số phân bố biên độ ε =ε e 1 jψ 1; ε = ε e 2 jψ 2; ε' =ε e 1 − jψ ; ε' =ε e 2 − jψ Neáu bỏ qua lực giảm chấn tác động ( n2 = K2/2m2 = ), phương trình (4.3.16) trờ thaønh: &⎫ ⎡ ω22 ⎡1 0⎤ ⎧Z& ⎥ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎢ ⎢ ⎥⎨ ⎬ + ⎢ ⎢ ⎥ ⎪ ⎪ ⎢ ω22 ⎢ &⎪ ⎢− ⎢⎣0 1⎥⎦ ⎪⎩ Z& 1⎭ ⎢⎣ µ − ω22 ⎤ ⎧Z ⎫ ⎧0⎫ ⎥⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎥⎪ ⎪ = ⎪ ⎪ ⎥⎨ ⎬ ⎨ ⎬ ω2 ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ( + ω12 )⎥ ⎪ Z ⎪ ⎪0⎪ ⎥⎦ ⎩ ⎭ ⎩ ⎭ µ (4.3.24) Nghiệm riêng phương trình (4.3.24) có dạng: ⎧ Z ⎫ ⎧ A e jΩt ⎫ ⎪ ⎪ 1⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ = ⎨ ⎬ ⎨ ⎬ ⎪ ⎪ ⎪ jΩt ⎪ ⎪⎩Z ⎪⎭ ⎪ B e ⎪ ⎩ ⎭ Thay vào phương trình (4.3.24) ta được: ⎧ ⎡ ω 22 ⎤ ⎡ ⎪ ⎢ ⎥ ⎪⎢ ⎥ Ω1 + ⎢ ⎨⎢ ⎢ ω2 ⎥ ⎪⎢ ⎢− ⎪⎢⎣0 1⎥⎦ ⎢⎣ µ ⎩ ⎤ ⎫⎧ A ⎫ ⎧0⎫ ⎥ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎥ ⎪⎪ ⎪ = ⎪ ⎪ ⎥ ⎬⎨ ⎬ ⎨ ⎬ ω2 ⎪ ⎪ ⎪ ⎥ ⎪⎪ + ω1 ) ⎪⎪ B ⎪ ⎪0⎪ ( ⎩ ⎭ ⎩ ⎭ ⎥ µ ⎦⎭ − ω 22 ⎡ (ω 22 − Ω) − (ω 22 + Ω ) ⎤ ⎧ A ⎫ ⎧0⎫ ⎢ ⎥⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎥⎪ ⎪ = ⎪ ⎪ ⇔⎢ ⎢ ω2 ⎥⎨ ⎬ ⎨ ⎬ ω 22 ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ 2 2 ⎢− ( +Ω ) ( + ω1 + Ω )⎥ ⎪ B ⎪ ⎪0⎪ µ ⎣⎢ µ ⎦⎥ ⎩ ⎭ ⎩ ⎭ (4.3.25) Phương trình đặc trưng (4.3.25) có nghiệm không tầm thường nếu: HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 119 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG PHỤ LỤC ⎡ (ω22 − Ω) − (ω22 + Ω ) ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ =0 det ⎢ 2 ⎥ ω ω ⎢− ( + Ω ) ( + ω + Ω )⎥ µ ⎣⎢ µ ⎦⎥ ⎡ ⎤ ⇔ Ω − ⎢ω 22 (1 + ) + ω12 ⎥ Ω + ω12ω 22 = µ ⎣ ⎦ (4.3.26) Giải phương trình ta có: ⎡ ⎤ 2Ω = ω (1 + ) + ω − ⎢ω 22 (1 + ) + ω12 ⎥ − 4ω12ω 22 µ µ ⎣ ⎦ 2 2 ⎡ ⎤ 2Ω = ω (1 + ) + ω + ⎢ω22 (1 + ) + ω12 ⎥ − 4ω12ω22 µ µ ⎣ ⎦ 2 2 (4.3.27) (4.3.28) Ω1 ;Ω tần số góc liên kết hệ thống dao động điều hoà (tần số dao động riêng hệ thống) HVTH: KS ĐINH VŨ THẮNG Trang 120 CBHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG ... tính chuyển động ổn định & tính kinh tế nhiên liệu xe bt hai tầng 4.1 Nghiên cứu tính ổn định xe buýt hai tầng BHT89 .43 4.1.1 Kiểm tra tính ổn định dọc 43 4.1.1.1 Ổn định dọc tónh:... đích nghiên cứu: Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định tính kinh tế nhiên liệu xe buýt hai tầng nhằm đánh giá cách khoa học hiệu mặt kinh tế, xã hội mức độ an toàn, độ êm dịu sử dụng xe buýt hai. .. "Nghiên cứu đặc tính chuyển động ổn định tính kinh tế nhiên liệu xe bt hai tầng" thực dựa mẫu xe buýt hai tầng BHT89 sử dụng thử nghiệm Tp Hồ Chí Minh, nội dung đề tài bao gồm: - Nghiên cứu, tính